面向大眾智能化管線統(tǒng)計功能設(shè)計與實現(xiàn)

周 業(yè),卞玉霞2,陳朝高

(1.自然資源部第六地形測量隊，成都 610500；2.成都信息工程大學(xué) 資源環(huán)境學(xué)院，成都 610225)

0 引言

管線統(tǒng)計技術(shù)作為管線信息管理系統(tǒng)的重要組成部分，能夠輔助政府直觀、清晰得掌握地下管線的種類、分布情況[1-2]。目前，為滿足靈活的統(tǒng)計需求，管線系統(tǒng)中的統(tǒng)計功能主要采用人工輸入SQL語句進(jìn)行自定義統(tǒng)計[3-6]，該功能要求管線系統(tǒng)操作人員需要具備良好的專業(yè)SQL編程基礎(chǔ)，熟練掌握SQL條件中的關(guān)鍵字的意義和優(yōu)先級關(guān)系，操作門檻較高，可推廣性較弱。

隨著我國城鎮(zhèn)化進(jìn)程的不斷深入，社會信息化不斷發(fā)展，地下管線各級主管部門分別建設(shè)多種類別地下管線信息管理系統(tǒng)。各類地下管線信息管理系統(tǒng)操作人員普遍呈現(xiàn)出非專業(yè)性，對計算機(jī)技術(shù)和SQL編程缺乏系統(tǒng)學(xué)習(xí)，因此如何實現(xiàn)低門檻操作、高自由度組合統(tǒng)計，成為管線系統(tǒng)建設(shè)方需要解決的迫切要求[7]。

1 需求分析

統(tǒng)計功能是管理信息系統(tǒng)中用戶使用頻率比較高的功能之一，該功能設(shè)計好壞，不僅涉及項目的研發(fā)工作量和軟件質(zhì)量，更關(guān)系著用戶的滿意度。目前，地下管線系統(tǒng)建設(shè)項目中系統(tǒng)用戶大多數(shù)是非計算機(jī)專業(yè)出身，缺乏計算機(jī)編程基礎(chǔ)，難以掌握自定義編寫SQL進(jìn)行專業(yè)性較強(qiáng)的查詢統(tǒng)計操作，且用戶年齡階層普遍偏大，對信息化系統(tǒng)適應(yīng)能力較弱，操作能力偏低，難以適應(yīng)操作過于復(fù)雜的系統(tǒng)功能。而系統(tǒng)操作用戶迫切要求統(tǒng)計功能具備統(tǒng)計結(jié)果靈活度高，操作自由門檻低等特點，在滿足操作簡便的同時又需要滿足業(yè)務(wù)需求的多樣性，最難解決的問題是在傳統(tǒng)查詢統(tǒng)計操作的靈活性和專業(yè)性這兩個成正比的因子中尋找一個既能兼容查詢統(tǒng)計的人機(jī)交互操作的簡易靈活性，又能滿足查詢統(tǒng)計需求的專業(yè)性的方法，其將直接影響最終用戶的使用、管線系統(tǒng)的推廣和人們的生活和工作。因此，在系統(tǒng)開發(fā)過程中需要充分考慮大眾用戶的信息化操作技能水平和實際工作業(yè)務(wù)需求[8-10]。

2 總體設(shè)計

2.1 設(shè)計目標(biāo)

為了實現(xiàn)智能簡便化的統(tǒng)計需求，本文做如下設(shè)計：(1)用戶可以根據(jù)需求隨意創(chuàng)建查詢條件，沒有任何限制。系統(tǒng)能夠在不知道用戶如何定義查詢條件的情況下，準(zhǔn)確獲取用戶的需求，并且能夠按照語法規(guī)則動態(tài)的生成查詢統(tǒng)計語句并顯示查詢結(jié)果；(2)用戶界面友好，符合日常的操作習(xí)慣。系統(tǒng)不需要用戶輸入SQL語句，直接通過在界面上根據(jù)需求明確相應(yīng)操作就能得出所要的統(tǒng)計結(jié)果；(3)具有一定的容錯性，允許用戶操作失誤，對誤操作給予明確的提示并及時糾正，并對系統(tǒng)錯誤代碼給予提示，避免誤操作造成系統(tǒng)故障。

2.2 功能結(jié)構(gòu)和特點

本文面向大眾智能化管線統(tǒng)計功能主要包括統(tǒng)計模塊、智能化識別模塊和數(shù)據(jù)庫，它們之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系如圖1所示。圖中，統(tǒng)計模塊是將用戶操作數(shù)據(jù)傳送至智能識別化模塊，輸出數(shù)據(jù)庫反饋的結(jié)果；智能識別化模塊主要是接收統(tǒng)計模塊傳送的用戶操作數(shù)據(jù)，對操作數(shù)據(jù)進(jìn)行智能化識別、解析、組合并編譯成數(shù)據(jù)庫可識別的命令，并將該命令傳送至數(shù)據(jù)庫；而數(shù)據(jù)庫主要是接收智能識別化模塊傳送的查詢命令，并將查詢結(jié)果反饋至統(tǒng)計模塊。

圖1 統(tǒng)計功能應(yīng)用原理圖

本文統(tǒng)計功能采用組合方式，分為統(tǒng)計條件設(shè)定和統(tǒng)計結(jié)果分組顯示兩部分，如圖2所示。統(tǒng)計條件采用內(nèi)嵌組合方式，通過動態(tài)枚舉條件內(nèi)容方式，以列表方式加載顯示，并提供用戶直接選擇所需要的條件內(nèi)容自動組合生成統(tǒng)計條件SQL語句[11-15]；統(tǒng)計結(jié)果分組顯示同樣通過動態(tài)預(yù)加載分組字段，用戶只需要通過選擇分組字段的先后順序來確定所要的統(tǒng)計結(jié)果分組顯示的層級關(guān)系，系統(tǒng)會自動按照分組字段選擇的先后順序，自動合并生成分組語句。

圖2 統(tǒng)計功能結(jié)構(gòu)圖

本文統(tǒng)計功能具有較強(qiáng)的通用性，統(tǒng)計條件的數(shù)量和內(nèi)容可以由用戶隨意增減，用戶只需要按照實際工作需求，選擇需要進(jìn)行統(tǒng)計的條件字段名，系統(tǒng)將自動根據(jù)用戶選擇的條件字段名自動篩選枚舉出的字段值，系統(tǒng)會在后臺自動整合形成相對應(yīng)的SQL統(tǒng)計語句；允許用戶進(jìn)行多個統(tǒng)計條件的組合統(tǒng)計，系統(tǒng)會根據(jù)用戶選擇的統(tǒng)計條件字段和字段值進(jìn)行組合排列，形成合理的、符合查詢規(guī)范的統(tǒng)計條件。統(tǒng)計結(jié)果主要是處理分組字段的層級關(guān)系，其主要根據(jù)需求所要的統(tǒng)計結(jié)果表頭字段和查詢統(tǒng)計條件字段進(jìn)行綜合處理，具有很強(qiáng)的動態(tài)性。

3 算法實現(xiàn)

智能化簡易化的管線統(tǒng)計功能核心在于如何準(zhǔn)確合理地內(nèi)嵌和識別用戶在界面上的操作并將操作過程在后臺轉(zhuǎn)成數(shù)據(jù)庫可以識別的SQL查詢統(tǒng)計語句。例如用戶需要統(tǒng)計漕東支路、漕西支路和漕寶路的給水、排水、燃?xì)馊惞芫€總長度，并按照管線類別進(jìn)行分組顯示。根據(jù)這個需求，需要分兩步進(jìn)行逆向推演：

(1)數(shù)據(jù)庫識別用戶需求，將用戶需求編譯成數(shù)據(jù)庫引擎能夠識別的SQL語言。

首先要讓數(shù)據(jù)庫可以識別用戶需求，需要將用戶需求編譯成數(shù)據(jù)庫引擎能夠識別的SQL語言，用SQL語言來指導(dǎo)數(shù)據(jù)庫引擎檢索出用戶所需要的結(jié)果。按照示例中的需求編譯成的數(shù)據(jù)庫能夠識別并滿足用戶需求的SQL統(tǒng)計語句如下：

SELECT 管線類別,SUM(管線長度) AS 總長度 FROM (SELECT管線類別,所屬道路,管線長度 FROM 給水管線 UNION ALL SELECT管線類別, 所屬道路, 管線長度FROM 排水管線UNION ALL SELECT管線類別, 所屬道路, 管線長度FROM 燃?xì)夤芫€) WHERE所屬道路IN(‘漕東支路’,’ 漕西支路’,’漕寶路’)

GROUP BY管線類別

(2)識別操作內(nèi)容，分析操作步驟，編譯操作流程。

為了獲得第一步的SQL統(tǒng)計語句，需要讓系統(tǒng)能夠識別用戶的操作內(nèi)容，并對操作過程的每個步驟進(jìn)行統(tǒng)籌，然后按照內(nèi)嵌的SQL模塊，將用戶的操作過程編譯成第一步中的SQL。按照示例中的需求，用戶需要明確分組字段“管線類別”，明確進(jìn)行統(tǒng)計的管線表名，明確統(tǒng)計條件中的道路名稱，系統(tǒng)會自動進(jìn)行遍歷與組合成對應(yīng)操作的SQL語句，自動生成組合條件的算法流程如圖3所示。

圖3 算法流程圖

在組合條件生成的同時需要根據(jù)用戶的操作需求，同步組織分組結(jié)果表頭內(nèi)容，在具體實現(xiàn)過程中，系統(tǒng)編譯統(tǒng)計條件算法如下：

foreach(DataGridViewRow dgvr in dgvLineConditionMx.Rows)

{

if (Convert.ToBoolean(dgvr.Cells[0].Value))

{

if (Convert.ToString(dgvr.Cells[1].Value) != "")

{

strConditionValue += string.Format(@"'{0}',", dgvr.Cells[1].Value.ToString());

}

else

{

strConditionNullValue += string.Format(@" OR {0} IS NULL", strLineLastField);

}

}

}

系統(tǒng)編譯分組和排序算法如下:

foreach (DataGridViewRow dgvr in dgvLineGroupField.Rows)

{

if (Convert.ToBoolean(dgvr.Cells[0].Value))

{

strSubFields += string.Format(@" {0},", dgvr.Cells[1].Value.ToString());

strGroupBy += string.Format(@" {0},", dgvr.Cells[1].Value.ToString());

strOrderBy += string.Format(@" {0},", dgvr.Cells[1].Value.ToString());

}

}

4 功能展示

本文以徐匯區(qū)漕東支路、漕東三路和漕東四路所包含的管線進(jìn)行智能化統(tǒng)計功能展示。具體展示內(nèi)容分為按照專題統(tǒng)計和按照混合條件自由自定義統(tǒng)計。

4.1 按照專題統(tǒng)計

如圖4所示，對區(qū)域內(nèi)漕東支路、漕東三路和漕東四路這三條道路所在的給水和雨水管線進(jìn)行按規(guī)格、街路名稱和管材分組統(tǒng)計。按照需求，用戶只需要在分組字段中選擇規(guī)格、街路名稱和管材字段，在管線類別中選擇給水管線和雨水管線表名，在街路名稱明細(xì)表中選擇漕東支路、漕東三路和漕東四路這三條道路名，即可在表格中清楚明了的展示統(tǒng)計結(jié)果。

圖4 按照專題統(tǒng)計

4.2 按照混合條件自由自定義統(tǒng)計

如圖5所示，統(tǒng)計漕東支路、漕東三路和漕東四路的給水和雨水管線并且管線材質(zhì)為鑄鐵和PVC的規(guī)格。按照需求，用戶只需要在分組字段中選擇規(guī)格、街路名稱和管材字段，在管線類別中選擇給水管線和雨水管線表名，在街路名稱明細(xì)表中選擇漕東支路、漕東三路和漕東四路這三條道路名，在管材名稱明細(xì)中選擇鑄鐵和PVC，即可在表格中清楚明了的展示統(tǒng)計結(jié)果。

圖5 按照混合條件自由自定義統(tǒng)計

本文在系統(tǒng)界面上提供通俗易懂的操作方式，用戶充分依據(jù)實際業(yè)務(wù)需求在界面上進(jìn)行簡便操作，系統(tǒng)后臺會智能化地識別用戶的操作步驟，經(jīng)過內(nèi)嵌的模塊解析用戶的操作意圖，再將其合理組合，編譯成數(shù)據(jù)庫引擎能夠識別的查詢統(tǒng)計命令，以獲得用戶所需要的統(tǒng)計結(jié)果并予以展示。本文設(shè)計的內(nèi)嵌智能化識別模塊消除了人機(jī)交互之間的語言障礙，系統(tǒng)功能的簡便操作進(jìn)一步提升了管線系統(tǒng)中人機(jī)交互的體驗感，為管線系統(tǒng)的推廣提供技術(shù)支持。

5 結(jié)果和分析

本文提供了一種提升人機(jī)交互體驗感的智能管線統(tǒng)計方法，如圖6所示，該方法主要包括以下步驟：

S1：動態(tài)枚舉統(tǒng)計條件供用戶根據(jù)實際情況進(jìn)行選擇；

S2：系統(tǒng)后臺智能化地識別用戶的操作步驟，解析用戶的操作意圖，再將其合理組合；

S3：編譯成數(shù)據(jù)庫引擎能夠識別的查詢統(tǒng)計命令并進(jìn)行查詢統(tǒng)計；

S4：獲得用戶所需要的統(tǒng)計結(jié)果并利用顯示器展示。

圖6 智能管線統(tǒng)計方法流程

圖6中，步驟S1中動態(tài)枚舉統(tǒng)計條件是指通過動態(tài)枚舉條件內(nèi)容，以列表方式加載顯示，并提供用戶直接選擇條件內(nèi)容以自動組合生成統(tǒng)計條件SQL語句；步驟S4中統(tǒng)計結(jié)果展示的是通過動態(tài)預(yù)加載分組字段，根據(jù)用戶選擇分組字段的先后順序來確定所要的統(tǒng)計結(jié)果分組顯示的層級關(guān)系，算法自動按照分組字段加載的先后順序，自動合并生成分組語句。

與傳統(tǒng)方法相比，本文方法操作步驟較為簡單便捷；從人機(jī)交互角度分析，本文方法操作步驟更容易被用戶所接受。如圖7和圖8所示，本文所述的統(tǒng)計功能方法具有較強(qiáng)的通用性，統(tǒng)計條件的數(shù)量和內(nèi)容由用戶隨意增減，用戶只需按照實際工作需求，明確需要進(jìn)行統(tǒng)計的條件字段名稱，算法將會根據(jù)條件字段名稱自動篩選枚舉出的字段值，并自動整合形成相對應(yīng)的SQL統(tǒng)計語句；允許用戶進(jìn)行多個統(tǒng)計條件的組合統(tǒng)計，算法會根據(jù)用戶的統(tǒng)計條件字段和字段值進(jìn)行組合排列，形成合理的、符合查詢規(guī)范的統(tǒng)計條件。統(tǒng)計結(jié)果是處理分組字段的層級關(guān)系，其主要根據(jù)需求所要的統(tǒng)計結(jié)果表頭字段和查詢統(tǒng)計條件字段進(jìn)行綜合處理，具有較強(qiáng)的動態(tài)性。系統(tǒng)界面提供了通俗易懂的操作方式，系統(tǒng)設(shè)計的內(nèi)嵌智能化識別模塊消除了人機(jī)交互之間的語言障礙，系統(tǒng)功能的簡便操作進(jìn)一步提升了管線系統(tǒng)中人機(jī)交互的體驗感，為管線系統(tǒng)的推廣提供技術(shù)支持。

圖7 明確需求時不同查詢方法操作步驟對比圖

圖8 需求變更時兩種查詢方法操作步驟對比圖

6 結(jié)論

本文立足于管線統(tǒng)計中的用戶需求問題，結(jié)合已開發(fā)的地下管網(wǎng)GIS系統(tǒng)，闡述了在管線系統(tǒng)中面向大眾的智能化管線統(tǒng)計技術(shù)的過程、方法，重點給出了內(nèi)嵌SQL模塊整合處理方式和以所見即所得的方式編譯用戶的全過程操作內(nèi)容合理組合形成可供數(shù)據(jù)庫引擎識別的SQL命令的原理和算法，并針對于管線系統(tǒng)中的專題統(tǒng)計和混合條件自由自定義統(tǒng)計兩種方式進(jìn)行統(tǒng)計結(jié)果展示，整個操作過程無需用戶手動輸入復(fù)雜的SQL語句，為用戶提供了一種操作簡易化、智能化的管線統(tǒng)計方式，解決了用戶對管線統(tǒng)計功能的低門檻操作、高自由度統(tǒng)計的需求。系統(tǒng)設(shè)計的內(nèi)嵌智能化識別模塊消除了人機(jī)交互之間的語言障礙，統(tǒng)計功能的簡便操作進(jìn)一步提升了用戶操作的體驗感，人性化的設(shè)計理念不僅解決了用戶日常的業(yè)務(wù)需求，也能進(jìn)一步消除人與機(jī)器之間的隔閡，有助于管線信息化的進(jìn)一步推廣和應(yīng)用。